氧氣傳感器的裝置和工作原理
氧傳感器是一種用於記錄汽車發動機廢氣中剩餘氧氣量的裝置。 它位於排氣系統中催化轉化器附近。 根據充氧器接收到的數據，電子發動機控制單元（ECU）修正空氣-燃料混合物最佳比例的計算。 在汽車工業中，其成分中的過量空氣係數用希臘字母表示 拉姆達 (λ)，因此傳感器獲得了第二個名字 - lambda 探針。
過剩空氣係數 λ
在拆解氧傳感器的設計及其工作原理之前，有必要確定空氣-燃料混合物的過量空氣比這樣一個重要的參數：它是什麼、它影響什麼以及傳感器測量它的原因。
在ICE運行理論中，有這樣一個概念： 化學計量比 - 這是空氣和燃料的理想比例，在該比例下燃料在發動機氣缸的燃燒室中發生完全燃燒。 這是一個非常重要的參數，在此基礎上計算燃油供應和發動機工作模式。 它相當於 14,7 千克空氣比 1 千克燃料（14,7:1）。 當然，這樣的混合氣量並不是一次性進入氣缸的，它只是根據實際情況重新計算的一個比例。
空氣過剩率（λ） - 這是進入發動機的實際空氣量與燃料完全燃燒所需的理論空氣量（化學計量）的比率。 簡單來說，這就是“進入氣缸的空氣比應有的多（少）了多少”。
根據 λ 的值，空氣-燃料混合物可分為三種類型：
- λ = 1 – 化學計量混合物；
- λ < 1 – “豐富”混合物（избыток – топливо；缺乏 – воздух）；
- λ > 1 - “不良”混合物（過量 - 空氣；缺乏 - 燃料）。
現代發動機可以使用所有三種類型的混合物運行，具體取決於當前的任務（燃油經濟性、強烈加速、降低廢氣中有害物質的濃度）。 從發動機最佳功率值的角度來看，係數 拉姆達 值應約為 0,9（“富”混合物），最小燃料消耗將對應於化學計量混合物（λ = 1）。 淨化廢氣的最佳結果也將在 λ = 1 時觀察到，因為催化轉化器的有效運行是在空氣燃料混合物的化學計量組成下發生的。
氧傳感器的用途
現代汽車的標準配置是使用兩個氧氣傳感器（對於直列式發動機）。 一個位於催化轉化器之前（上方 lambda 探針），第二個位於催化轉化器之後（下方 lambda 探針）。 上下傳感器的設計沒有差異，它們可能相同，但執行不同的功能。
上游或前部氧氣傳感器檢測廢氣中剩餘的氧氣量。 根據來自該傳感器的信號，發動機控制單元“了解”發動機運行的空氣燃料混合物類型（化學計量、濃或稀）。 根據充氧器的讀數和所需的操作模式，ECU 調整供應到氣缸的燃油量。 通常，燃料供應被調整為化學計量混合物。 需要注意的是，當發動機預熱時，發動機 ECU 會忽略來自傳感器的信號，直到達到工作溫度。 下部或後部 lambda 探頭用於進一步調整混合物的成分並監測催化轉化器的正確運行。
氧傳感器的設計和工作原理
現代汽車上使用了多種類型的 lambda 探頭。 考慮其中最流行的設計和工作原理 - 基於二氧化鋯 (ZrO2) 的氧氣傳感器。 該傳感器由以下主要元件組成：
- 外電極與廢氣接觸。
- 內電極與大氣接觸。
- 加熱元件——用於加熱氧傳感器並使其更快達到工作溫度（約300°C）。
- 固體電解質 - 位於兩個電極之間（二氧化鋯）。
- 房屋。
- 尖端保護蓋 - 具有特殊的孔（穿孔），用於廢氣的滲透。
外部和內部電極均覆蓋有鉑濺射。 這種 lambda 探針的工作原理是基於對氧敏感的鉑層（電極）之間存在電勢差。 當電解質被加熱、大氣和廢氣中的氧離子穿過電解質時，就會發生這種情況。 傳感器電極上產生的電壓取決於廢氣中的氧氣濃度。 越高，電壓越低。 氧傳感器信號電壓範圍為100至900 mV。 該信號呈正弦形狀，其中區分三個區域：從 100 到 450 mV - 稀混合物，從 450 到 900 mV - 濃混合物，450 mV 的值對應於空氣-燃料混合物的化學計量成分。
制氧機資源及其故障
氧傳感器是磨損速度最快的傳感器之一。 這是因為它不斷與廢氣接觸，其資源直接取決於燃料的質量和發動機的健康狀況。 例如，一個鋯氧氣罐的資源約為70-130萬公里。
由於兩個氧傳感器（上、下）的工作都是由OBD-II系統控制的，如果其中任何一個發生故障，就會記錄相應的錯誤，並且儀表板上的“檢查發動機”故障指示燈會亮起。 在這種情況下，您可以使用特殊的診斷掃描儀診斷故障。 在預算選項中，您應該關注 Scan Tool Pro Black Edition。
這款韓國製造的掃描儀與同類產品的不同之處在於其高製造質量以及診斷汽車所有部件和組件的能力，而不僅僅是發動機。 它還能夠實時跟踪所有傳感器（包括氧氣）的讀數。 該掃描儀與所有流行的診斷程序兼容，並且知道允許的電壓值，就可以判斷傳感器的健康狀況。
氧傳感器正常工作時，信號特徵為規則的正弦波，表現出8秒內至少10次的開關頻率。 如果傳感器發生故障，則信號形狀將與參考信號形狀不同，或者其對混合物成分變化的響應將顯著減慢。
氧傳感器的主要故障：
- 運行期間的磨損（傳感器“老化”）；
- 加熱元件開路；
- 污染。
所有這些類型的問題都可能是由於使用劣質燃料、過熱、添加各種添加劑、油和清潔產品進入傳感器區域而引發的。
氧合器故障的跡象：
- 儀表板上有故障信號燈指示。
- 失去力量。
- 對油門踏板的反應較弱。
- 發動機怠速運轉不平穩。
lambda 探針的類型
除了鋯之外，還使用鈦和寬帶氧傳感器。
- 鈦。 這種類型的氧合器具有由二氧化鈦製成的敏感元件。 這種傳感器的工作溫度從 700 °C 開始。 鈦氧探頭不需要大氣的存在，因為它們的工作原理是基於輸出電壓的變化，而輸出電壓的變化取決於廢氣中的氧氣濃度。
- 寬帶 lambda 探頭是一種先進的型號。 它由鋯傳感器和泵元件組成。 第一個測量廢氣中的氧氣濃度，固定電位差引起的電壓。 接下來，將讀數與參考值（450 mV）進行比較，如果出現偏差，則施加電流以激發從排氣中泵出氧離子。 如此持續直至電壓等於指定值。
氧傳感器是發動機管理系統中非常重要的元件，它的故障會導致駕駛困難並導致其他發動機部件的磨損增加。 而且既然無法修復，那就必須立即更換新的。
